一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统，循环泵的转速、正反向转动交替时间由控制器控制，循环泵正反向控制，降低柱堵塞的风险，循环泵反向转动时起到膜反冲效果；纤维柱模块内安装液体分布器使得每根纤维内液体流量一致，充分利用膜面积，提高膜载量；控制器设定进液泵与出液泵的转速，控制器读取进液天平和出液天平数据并进行运算后反馈控制进液泵与出液泵，从而维持系统设定的灌流速度。本发明专利技术通过循环泵正反向交替转动、“流量自调整”功能、“体积平衡”功能三个核心功能共同确保了减缓中空纤维模块堵塞、反应器内体积平衡、进液/出液速度精确，从而实现稳定的细胞高密度培养。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统
本专利涉及动物细胞灌流培养
，具体涉及了一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统。
技术介绍
利用哺乳动物细胞培养生产疫苗、抗体等生物制品时，由于产量往往与细胞密度正相关，在规模化细胞培养时，往往面临着细胞密度低，导致产物产量低。而通过提高细胞密度，是提高产物产量的有效途径。尽管补料批次培养可通过补加浓缩的营养成分促进细胞生长，从而在一定程度提高细胞密度。但随着细胞的生长，乳酸、铵离子等代谢产物的逐渐积累，会抑制细胞的生长。灌流培养通过补加新鲜的培养基提供营养物质，同时去除旧培养基降低代谢副产物，从而获得较高的细胞密度，也进一步提高疫苗、抗体的产量，成为实现细胞高密度培养的主要策略。灌流培养工艺的实现需要借助细胞截留系统，其核心为通过中空纤维对泵出反应器培养基中的细胞进行截留，细胞返回至反应器，而培养基则排放至废液瓶，同时利用一台蠕动泵向反应器中加入等体积的新鲜培养基，维持反应器中培养体积的恒定。目前的细胞截留系统存在中空纤维柱易堵塞、膜丝内流量不均匀无法充分利用膜面积、无法在线实时监测(反馈)中空纤维膜堵塞等问题，并且由于无法实现进液/出液自动化而导致的进液量与出液量不平衡导致反应器内体积变化、蠕动泵计量不精准导致灌流速度不准确等问题，从而导致细胞灌流工艺的波动，批次间差异较大。
技术实现思路
哺乳动物细胞培养存在密度低、细胞截留系统的中空纤维柱易堵塞，且需手动控制与调节进液/出液，易导致细胞工艺的波动、膜丝内流量不均匀导致膜面积利用不充分等问题，本申请针对细胞截留系统的中空纤维柱易堵塞的问题设计了一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统。一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统，包括中空纤维柱模块、循环泵、进液泵、出液泵、储液袋、废液袋、进液天平、出液天平、压力传感器和控制器。所述循环泵、进液泵、出液泵、进液天平、出液天平通过通讯线与控制器相连，控制器对其进行控制与反馈控制。所述中空纤维柱模块的进口端与出口端分别通过硅胶管与反应器相连，与反应器构成闭合回路，通过循环泵驱动含细胞培养基在中空纤维柱模块与反应器中循环流动。所述储液袋内为新鲜培养基，通过硅胶管与反应器连接，通过进液泵泵入到反应器中。进液泵转速(流量)取决于细胞培养工艺。所述储液袋放置于进液天平上，进液天平将测量数据传输至控制器，控制器读取数据并计算实际进液速度(流量)、累计进液量。当实际进液速度(流量)与设定进液速度(流量)产生偏差时，通过修正进液泵转速(流量)实现进液量的精准。所述废液袋放置于出液天平上，废液袋通过硅胶管与中空纤维柱模块的外腔出口相连，通过出液泵将中空纤维模块外腔的废液泵入到废液袋中。出液泵转速(流量)取决于细胞培养工艺，出液天平将测量数据传输至控制器，控制器读取数据并计算实际出液速度(流量)、累计出液量。当实际出液速度(流量)与设定出液速度(流量)产生偏差时，控制器通过修正出液泵转速(流量)实现出液量的精准。通过控制器控制并修正进液泵与出液泵的转速，从而达到设定所需的灌流速度。从而避免现有技术中采用蠕动泵长期运作、反应器中培养基粘度增加、中空纤维柱堵塞等，导致进液泵与出液泵实际流量与设定值产生偏差，泵入反应器新鲜培养基的体积(质量)与泵出中空纤维柱模块外腔废液的体积(质量)产生差值，从而导致反应器内培养体积产生变化，导致工艺产生较大波动的难题。循环泵驱动含细胞培养基在中空纤维柱模块与反应器中循环流动。所述控制器控制循环泵的转速、正反向转动交替时间；控制器可以设定循环泵的转速(流量)、转动方向(正向转动、反向转动)、正反向转动交替周期。所述循环泵的交替正反向转动可实现中空纤维柱中流向的改变，当反向转动时可起到膜反冲效果，可以有效降低中空纤维堵塞；通过纤维柱模块内安装液体分布器使得每根纤维内液体流量一致，充分利用膜面积，提高膜载量。循环泵的交替正反向转动以及纤维柱模块内的液体分布器的联合作用，大大降低了中空纤维柱堵塞的风险，提高中空纤维载量。所述循环泵的管路死体积小，且管路为一体式设计，不存在泄露的风险，可以确保全程无菌操作；循环泵可以采用多泵头，将主管路分为多个支管路，从而降低蠕动泵转速，降低管道内的压力以及剪切力，有效降低或消除剪切力对细胞造成的损伤。中空纤维柱内腔进口、内腔出口和外腔出口处均设置有压力传感器。压力传感器用于检测中空纤维柱模块内腔进口压力、内腔出口压力、外腔出口压力，并计算跨膜压。当压力传感器数值异常、跨膜压异常时，即反馈中空纤维膜堵塞或破损。控制器可根据出液天平的数值计算出中空纤维柱的水通量，并与出液泵的设定流速(流量)进行比对，进一步反馈中空纤维堵塞情况。控制器自动对比累计进液量与累计出液量，当两者产生差值时，通过调整进液泵或出液泵的转速(流量)进行补偿差值，从而保证反应器中进出液体积(质量)平衡。即控制器可对比进液天平、出液天平的累计量，当两者产生偏差时，通过调整进液泵或出液泵的流量，消除进液天平与出液天平差值，从而维持反应器内体积恒定。进液天平和出液天平不限于传统意义的天平，可以由称重模块、具有称重功能的压力传感器等组成。所述中空纤维柱分为内腔与外腔。含细胞培养基在中空纤维柱内腔流动。所述中空纤维柱的孔径小于细胞直径，对细胞实现截留，细胞返回至反应器。代谢副产物(乳酸、铵离子)以及细胞碎片等可透过中空纤维到达中空纤维外腔，并通过管路排放至废液袋，废液袋放置于出液天平上。中空纤维柱的中空纤维膜材质可以为PES、PVDF、PE等，中空纤维的内径为0.2-2mm，中空纤维的膜孔径为0.1-0.35μm。优选的，中空纤维柱的不同规格(膜面积)采用相同长度，通过增加中空纤维数量增加膜面积。进一步的，该培养系统可通过维持中空纤维柱面积/循环泵流速恒定的原则进行线性放大。该培养系统适用于STR反应器、WAVE反应器等形式的反应器，适用于不锈钢反应器和一次性反应器。所述培养系统的中空纤维柱以及管路采用封闭式设计，可进行辐照灭菌、高温高压灭菌。管路可采用焊接管、CPC接头、鲁尔接头、ReadyMate接头等方式进行管路连接，或与反应器、储液袋、废液袋进行无菌连接。进一步的，该培养系统的适应于悬浮细胞培养、微载体悬浮培养，适用于疫苗、抗体等生物制品的生产。本专利技术的高密度培养系统，能够有效地提高细胞密度，降低中空纤维膜堵塞风险，提高中空纤维载量，确保进液/出液速度稳定，维持反应器内进液/出液体积(质量)平衡(反应器内液体体积变化小于1％)，实时监测中空纤维堵塞状况，从而确保细胞高密度培养工艺稳定可靠。该系统通过控制循环泵的转速、正反向转动交替时间，从而对中空纤维内部的滤饼进行高效冲刷，尤其是反向转动时，可起到膜反冲效果，大大降低了中空纤维柱堵塞的风险；该系统实时读取进液天平、出液天平的累积量并计算流量，并反馈至进液泵与出液泵，对流量进行校正，保证进液/出液速度精准；该系统通过对比进液天平、出液天平累本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统，其特征在于，主要包括中空纤维柱、反应器、循环泵、进液泵、出液泵、储液袋、废液袋、进液天平、出液天平、压力传感器和控制器；/n中空纤维柱的进液口与出液口分别通过硅胶管与反应器相连，储液袋通过管路与反应器相连，进液泵将储液袋的培养基泵入到反应器中，废液袋通过管路与中空纤维柱相连，出液泵将中空纤维柱外腔的废液泵出至废液袋中，/n循环泵驱动含细胞培养基在中空纤维柱模柱与反应器间循环流动。/n储液袋放置于进液天平上，废液袋放置在出液天平上；控制器读取进液天平、出液天平的数值，并计算进液泵泵入反应器新鲜培养基的累计量、出液泵泵出中空纤维外腔培养基的累计量，并控制进液泵与出液泵的转速、循环泵的转速及循环泵的正向转动和反向转动的交替。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系统，其特征在于，主要包括中空纤维柱、反应器、循环泵、进液泵、出液泵、储液袋、废液袋、进液天平、出液天平、压力传感器和控制器；
中空纤维柱的进液口与出液口分别通过硅胶管与反应器相连，储液袋通过管路与反应器相连，进液泵将储液袋的培养基泵入到反应器中，废液袋通过管路与中空纤维柱相连，出液泵将中空纤维柱外腔的废液泵出至废液袋中，
循环泵驱动含细胞培养基在中空纤维柱模柱与反应器间循环流动。
储液袋放置于进液天平上，废液袋放置在出液天平上；控制器读取进液天平、出液天平的数值，并计算进液泵泵入反应器新鲜培养基的累计量、出液泵泵出中空纤维外腔培养基的累计量，并控制进液泵与出液泵的转速、循环泵的转速及循环泵的正向转动和反向转动的交替。


2.如权利要求1所述的适用于疫苗及抗体高效生产的动物细胞高密度培养系...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杨，聂简琪，白仲虎，马兵达，李华，刘宇鹏，王雨，冯凯，黄玲玲，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41